(57)【要約】【課題】閾値電流を小さくするとともに、発光効率を向上することが可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。【解決手段】この半導体レーザ素子は、主表面を有するｎ型ＧａＮ半導体基板１と、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面上に形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、主表面上に発光層４が形成されるｎ側クラッド層３を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主表面上に形成されるとともに、前記半導体基板の前記主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、発光層を含む半導体素子層とを備えた、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記半導体基板の主表面の所定領域に配置される半導体層成長抑制部をさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記半導体層成長抑制部は、前記半導体基板の主表面の所定領域上に形成された半導体層成長抑制膜を含む、請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記半導体層成長抑制部は、前記半導体基板の主表面の所定領域に設けられた結晶欠陥集中領域を含む、請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記結晶欠陥集中領域の表面は、窒素で終端されている、請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記半導体層成長抑制部は、前記半導体基板の＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように設けられている、請求項２〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記半導体層成長抑制部は、前記半導体基板の主表面に互いに所定の間隔を隔てて配置された第１半導体層成長抑制部および第２半導体層成長抑制部を含み、
前記半導体素子層は、前記第１半導体層成長抑制部および前記第２半導体層成長抑制部の間に形成されるとともに、前記半導体素子層の主表面は、凹状に形成されている、請求項２〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記半導体素子層の主表面上に形成される第１電極と、前記半導体基板の裏面に形成される第２電極とをさらに備え、
前記半導体レーザ素子は、前記第１電極側が基台に取り付けられる、請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記発光層への電流通路部として機能する凸部をさらに備え、
前記電流通路部として機能する凸部は、前記半導体素子層の凹状の主表面の中央部以外の傾斜領域に形成されている、請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記半導体素子層の主表面上に形成される第１電極と、前記半導体基板の裏面に形成される第２電極とをさらに備え、
前記半導体レーザ素子は、前記第２電極側が基台に取り付けられる、請求項９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記発光層への電流通路部として機能する凸部をさらに備え、
前記電流通路部として機能する凸部の頂上部は、前記半導体素子層の頂上部よりも低い位置に形成されている、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記半導体基板は、＜１−１００＞方向のオフ角度が−０．２５°以上０．２５°以下である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記半導体基板は、＜１１−２０＞方向のオフ角度が−０．０５°以下または０．０５°以上である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
半導体基板の主表面の所定領域に、半導体層成長抑制部および半導体成長促進部の少なくとも一方を設ける工程と、
前記半導体層成長抑制部および前記半導体成長促進部の少なくとも一方を用いて前記半導体基板の主表面上に、前記半導体基板の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、発光層を含む半導体素子層を成長させる工程とを備えた、半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体基板は、＜１−１００＞方向のオフ角度が−０．２５°以上０．２５°以下である、請求項１４に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板は、＜１１−２０＞方向のオフ角度が−０．０５°以下または０．０５°以上である、請求項１４または１５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、発光層を有する半導体素子層を含む半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光層を有する半導体素子層を含む半導体レーザ素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、転位集中領域および低転位領域を有する窒化物半導体基板の表面（主表面）上に、窒化物半導体基板の結晶方位に対して０．３°〜０．７°傾斜させた状態で、発光層を含む窒化物半導体層（半導体素子層）を成長させた窒化物半導体レーザ素子が開示されている。この半導体レーザ素子では、結晶方位に対して０．３°〜０．７°傾斜させた状態で窒化物半導体層を成長させることによって、窒化物半導体層の表面が窒化物半導体基板の表面に対して平行（平坦）な状態で、窒化物半導体層を成長させるので、窒化物半導体層中の転位（結晶欠陥）は、窒化物半導体基板の表面に対して垂直方向に伝搬する。このため、窒化物半導体層の成長過程において、窒化物半導体基板の転位集中領域の直上の窒化物半導体層の部分の転位が窒化物半導体基板の低転位領域の直上の窒化物半導体層の部分内に伝搬するのを抑制することが可能となる。その結果、窒化物半導体基板の低転位領域の直上の窒化物半導体層の転位が増加するのを抑制することが可能である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、窒化物半導体層の転位は窒化物半導体基板の表面に対して垂直方向に伝搬するので、窒化物半導体基板の低転位領域の転位も、その低転位領域の直上に成長した窒化物半導体層の表面まで伝搬する。このため、窒化物半導体層の表面の転位をより低減するのが困難であるので、発光層を含む窒化物半導体層内の転位をより低減するのが困難である。これにより、転位による光吸収を低減するのが困難であるので、発光効率をより向上するのが困難であるという問題点がある。また、上記のように、発光層内の転位をより低減するのが困難であるので、発光層内に形成される非発光センタをより低減するのが困難である。この非発光センタは、発光せずにキャリアが再結合する準位であるので、発光層に非発光センタが形成されると、閾値電流が増加する。これにより、閾値電流をより小さくするのが困難になるという問題点がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、閾値電流をより小さくするとともに、発光効率をより向上することが可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザ素子は、主表面を有する半導体基板と、半導体基板の主表面上に形成されるとともに、半導体基板の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、発光層を含む半導体素子層とを備える。
【０００７】
この第１の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、半導体基板の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、発光層を含む半導体素子層を設けることによって、半導体素子層を成長させる場合に、半導体基板の主表面に対して傾斜した主表面を有するように半導体素子層を成長させることができるので、半導体素子層を、半導体基板の主表面に対して垂直な方向のみならず、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも成長させることができる。これにより、半導体素子層の成長に伴って半導体基板の主表面から伝搬された結晶欠陥（転位）が半導体素子層で成長する場合に、半導体基板の主表面に対して垂直な方向のみならず、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも半導体素子層の結晶欠陥を伝搬させることができるので、半導体素子層の結晶欠陥が半導体基板の主表面に対して垂直方向のみに伝搬する場合に比べて、半導体素子層の主表面まで結晶欠陥が伝搬するのをより抑制することができる。このため、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより抑制することができるので、結晶欠陥により光が吸収されるのをより抑制することができる。その結果、発光効率をより向上させることができる。また、上記のように、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより抑制することができるので、発光層内に形成される非発光センタをより低減することができる。その結果、閾値電流をより小さくすることができる。
【０００８】
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体基板の主表面の所定領域に配置される半導体層成長抑制部をさらに備える。このように構成すれば、半導体素子層を成長させる場合に、半導体層成長抑制部に成膜種が堆積するのを抑制することができるので、半導体成長抑制部の近傍の半導体素子層の部分の成膜種の濃度を大きくすることができる。これにより、半導体成長抑制部の近傍の半導体素子層の部分に成膜種を堆積しやすくすることができるので、半導体成長抑制部の近傍の半導体素子層の部分を、半導体成長抑制部の近傍以外の半導体素子層の部分に比べて成長しやすくすることができる。その結果、半導体成長抑制部の近傍の半導体素子層の部分の厚みと、半導体成長抑制部の近傍以外の半導体素子層の部分の厚みとを異なる厚みに形成することができるので、半導体基板の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有する半導体素子層を、容易に、形成することができる。
【０００９】
上記半導体層成長抑制部を備える半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体層成長抑制部は、半導体基板の主表面の所定領域上に形成された半導体層成長抑制膜を含む。このように構成すれば、半導体基板の主表面上にＳｉＯ２などからなる半導体層成長抑制膜を形成することにより、容易に、半導体層成長抑制部を形成することができる。
【００１０】
上記半導体層成長抑制部を備える半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体層成長抑制部は、半導体基板の主表面の所定領域に設けられた結晶欠陥集中領域を含む。このように構成すれば、予め結晶欠陥集中領域が形成された半導体基板を用いるだけでよく、半導体基板の主表面上に半導体層成長抑制膜を別途形成する必要がないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１１】
上記半導体層成長抑制部が結晶欠陥集中領域を含む半導体レーザ素子において、好ましくは、結晶欠陥集中領域の表面は、窒素で終端されている。このように構成すれば、容易に、結晶欠陥集中領域を含む半導体層成長抑制部の表面に成膜種が堆積するのを抑制することができる。
【００１２】
上記半導体層成長抑制部を備える半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体層成長抑制部は、半導体基板の＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように設けられている。このように構成すれば、半導体層成長抑制部を、たとえば、半導体基板の＜１１−２０＞方向に沿った方向に延びるように設ける場合に比べて、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）の半導体素子層の成長成分を大きくすることができるので、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）の結晶欠陥の伝搬成分を大きくすることができる。これにより、結晶欠陥が半導体の主表面まで伝搬するのをより有効に抑制することができるので、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより有効に抑制することができる。
【００１３】
上記半導体層成長抑制部を備える半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体層成長抑制部は、半導体基板の主表面に互いに所定の間隔を隔てて配置された第１半導体層成長抑制部および第２半導体層成長抑制部を含み、半導体素子層は、第１半導体層成長抑制部および第２半導体層成長抑制部の間に形成されるとともに、半導体素子層の主表面は、凹状に形成されている。このように構成すれば、凹状の主表面を有する半導体素子層を成長させる際に、容易に、半導体基板の主表面に対して垂直な方向のみならず、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも半導体素子層の結晶欠陥を伝搬させることができるので、半導体素子層の結晶欠陥が半導体基板の主表面に対して垂直方向のみに伝搬する場合に比べて、半導体素子層の主表面まで結晶欠陥が伝搬するのをより抑制することができる。
【００１４】
上記半導体素子層の主表面が凹状に形成されている半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体素子層の主表面上に形成される第１電極と、半導体基板の裏面に形成される第２電極とをさらに備え、半導体レーザ素子は、第１電極側が基台に取り付けられる。このように構成すれば、半導体素子層の凹状の主表面に発光層への電流通路部として機能する凸部を設けた場合に、凸部が凹状の主表面の内側の部分に配置された半導体素子層を含む構造が、半導体素子層上に形成された第１電極側から基台に取り付けられるので、基台への取り付け時に、凹状の主表面の内側に位置する凸部に衝撃が加わるのを抑制することができる。
【００１５】
上記半導体素子層の主表面が凹状に形成されている半導体レーザ素子において、好ましくは、発光層への電流通路部として機能する凸部をさらに備え、電流通路部として機能する凸部は、半導体素子層の凹状の主表面の中央部以外の傾斜領域に形成されている。このように構成すれば、凹状の主表面を有する半導体素子層を備える場合に、容易に、凸部を半導体素子層の主表面の傾斜面に形成することができる。
【００１６】
上記凸部が半導体素子層の凹状の主表面の中央部以外の傾斜領域に形成されている半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体素子層の主表面上に形成される第１電極と、半導体基板の裏面に形成される第２電極とをさらに備え、半導体レーザ素子は、第２電極側が基台に取り付けられる。このように構成すれば、第２電極側を基台に取り付けた状態で、半導体素子層の主表面上に形成される第１電極の上面にワイヤボンディングを行う場合に、半導体素子層の中央部以外の傾斜領域に形成された凸部の上方の第１電極の部分にワイヤボンディングが行われるのを抑制しながら、第１電極の表面の中央部にワイヤボンディングを行うことができる。これにより、凸部の上方の第１電極の部分にワイヤボンディングが行われるのを防止するために第１電極の表面の端部にワイヤボンディングを行う必要がないので、ワイヤボンディングを行う場合に、第１電極の表面の端部が欠けるのを抑制することができる。
【００１７】
上記半導体素子層の主表面が凹状に形成されている半導体レーザ素子において、好ましくは、発光層への電流通路部として機能する凸部をさらに備え、電流通路部として機能する凸部の頂上部は、半導体素子層の頂上部よりも低い位置に形成されている。このように構成すれば、凸部を半導体素子層の凹状の主表面の内側に配置することができるので、基台への取り付け時などに、凸部に衝撃が加わるのをより抑制することができる。
【００１８】
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体基板は、＜１−１００＞方向のオフ角度が−０．２５°以上０．２５°以下である。このように構成すれば、半導体基板の主表面に対する半導体素子層の主表面の傾斜角を大きくすることができるので、半導体素子層を成長させる場合に、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）の結晶欠陥の伝搬成分を大きくすることができる。これにより、結晶欠陥が半導体の主表面まで伝搬するのをより抑制することができるので、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより抑制することができる。
【００１９】
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体基板は、＜１１−２０＞方向のオフ角度が−０．０５°以下または０．０５°以上である。このように構成すれば、半導体基板の主表面に対する半導体素子層の主表面の傾斜角を大きくすることができるので、半導体素子層を成長させる場合に、半導体素子層の主表面に不均一に突起が形成されるのを抑制することができる。これにより、発光層が半導体素子層の突起に沿って凹凸形状に形成されるのを抑制することができるので、発光層の内部の光が直進せずに発光層の上下面から出射するのを抑制することができる。その結果、光の閉じ込め効果を向上させることができるので、発光効率を向上させることができる。
【００２０】
この発明の第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板の主表面の所定領域に、半導体層成長抑制部および半導体成長促進部の少なくとも一方を設ける工程と、半導体層成長抑制部および半導体成長促進部の少なくとも一方を用いて半導体基板の主表面上に、半導体基板の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、発光層を含む半導体素子層を成長させる工程とを備える。
【００２１】
この第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、半導体層成長抑制部および半導体成長促進部の少なくとも一方を用いて半導体基板の主表面上に、半導体基板の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、発光層を含む半導体素子層を成長させることによって、半導体素子層を成長させる場合に、半導体基板の主表面に対して傾斜した主表面を有するように半導体素子層を成長させることができるので、半導体素子層を、半導体基板の主表面に対して垂直な方向のみならず、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも成長させることができる。これにより、半導体素子層の成長に伴って半導体基板の主表面から伝搬された結晶欠陥が半導体素子層で成長する場合に、半導体基板の主表面に対して垂直な方向のみならず、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも半導体素子層の結晶欠陥を伝搬させることができるので、半導体素子層の結晶欠陥が半導体基板の主表面に対して垂直方向のみに伝搬する場合に比べて、半導体素子層の主表面まで結晶欠陥が伝搬するのをより抑制することができる。このため、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより抑制することができるので、結晶欠陥により光が吸収されるのをより抑制することができる。その結果、発光効率をより向上させることができる。また、上記のように、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより抑制することができるので、発光層内に形成される非発光センタをより低減することができる。その結果、閾値電流をより小さくすることができる。
【００２２】
上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、半導体基板は、＜１−１００＞方向のオフ角度が−０．２５°以上０．２５°以下である。このように構成すれば、半導体基板の主表面に対する半導体素子層の主表面の傾斜角を大きくすることができるので、半導体素子層を成長させる場合に、半導体基板の主表面に対して平行な方向（水平方向）の結晶欠陥の伝搬成分を大きくすることができる。これにより、結晶欠陥が半導体の主表面まで伝搬するのをより抑制することができるので、半導体素子層の主表面に結晶欠陥が形成されるのをより抑制することができる。
【００２３】
上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、半導体基板は、＜１１−２０＞方向のオフ角度が−０．０５°以下または０．０５°以上である。このように構成すれば、半導体基板の主表面に対する半導体素子層の主表面の傾斜角を大きくすることができるので、半導体素子層を成長させる場合に、半導体素子層の主表面に不均一に突起が形成されるのを抑制することができる。これにより、発光層が半導体素子層の突起に沿って凹凸形状に形成されるのを抑制することができるので、発光層の内部の光が発光層の上下面から出射するのを抑制することができる。その結果、光の閉じ込め効果を向上させることができるので、発光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細構造を示した拡大断面図である。図３〜図５は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を詳細に説明するための断面図である。図６および図７は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を放熱基台（サブマウント）に取り付けた構造を示した断面図である。まず、図１〜図７を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００２６】
第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、図１に示すように、主表面に結晶欠陥１ａ（図４参照）を有するｎ型ＧａＮ半導体基板１上に、約０．２μｍの厚みを有するとともに、約２５μｍの幅を有するＳｉＯ２膜２が所定の間隔Ｗ１（約２５０μｍ）を隔てて配置されている。なお、ｎ型ＧａＮ半導体基板１は、本発明の「半導体基板」の一例であり、ＳｉＯ２膜２は、本発明の「半導体層成長抑制部」および「半導体層成長抑制膜」の一例である。
【００２７】
ここで、第１実施形態では、ＳｉＯ２膜２は、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の＜１−１００＞方向（図１の紙面に対して垂直方向）に延びるようにストライプ状に形成されている。なお、第１実施形態では、共振器方向は、半導体基板の＜１−１００＞方向と同一である。また、ＳｉＯ２膜２の間のｎ型ＧａＮ半導体基板１の領域上およびＳｉＯ２膜２の一部上には、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層３が形成されている。なお、ｎ側クラッド層３は、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００２８】
また、第１実施形態では、ｎ側クラッド層３の主表面（上面）は、凹状に形成されている。また、ｎ側クラッド層３の中央部は、Ｔ１（約２．３μｍ）の厚みを有するとともに、ｎ側クラッド層３の側面部は、Ｔ２（約３．３μｍ）の厚みを有する。また、ｎ側クラッド層３は、ＳｉＯ２膜２の端部からＷ２（約１００μｍ）だけ内側の部分の主表面が、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して角度θ１（約０．２５°）だけ傾斜するように形成されている。また、ｎ側クラッド層３の周辺部分の表面は、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して所定の傾斜角θ２を有している。また、図５に示すように、ｎ側クラッド層３の上面の中央部には、接合線３ａが形成されている。この接合線３ａは、ｎ側クラッド層３の成長時に、接合線３ａの左右の表面の高さが少しだけずれていることに起因して形成される。また、接合線３ａは、上方から見て波型を有するとともに、ＳｉＯ２膜２の延びる方向（共振器方向）に沿って延びるように形成されている。このため、ｎ側クラッド層３の上面の中央部は、共振器方向に沿って凹凸形状を有している。
【００２９】
また、第１実施形態では、ｎ側クラッド層３には、図４に示すように、結晶欠陥（転位）３ｂが形成されている。この結晶欠陥３ｂは、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の結晶欠陥１ａから連続するように形成されている。また、結晶欠陥３ｂは、ｎ側クラッド層３の側面部では、外側に曲がるように形成されているとともに、ｎ側クラッド層３の上面までは形成されていない。また、結晶欠陥３ｂは、ｎ側クラッド層３の側面部よりも内側で、かつ、中央部以外の部分では、ｎ側クラッド層３の内側（中央部側）に曲がるように形成されているとともに、ｎ側クラッド層３の表面まで形成されてない。また、結晶欠陥３ｂは、ｎ側クラッド層３の中央部では、ｎ側クラッド層３の表面まで形成されている。
【００３０】
また、ｎ側クラッド層３上には、図１に示すように、ｎ側クラッド層３を覆うように、発光層４が形成されている。なお、発光層４は、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、発光層４は、図２に示すように、約０．０７μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる活性層４ａと、約０．１μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる光ガイド層４ｂと、約０．０２μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるキャップ層４ｃとにより構成されている。なお、活性層４ａは、約０．００３μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの井戸層４ｄと、約０．０２μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの障壁層４ｅとが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。また、発光層４の上には、図１に示すように、発光層４を覆うように約０．２５μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層５が形成されている。なお、ｐ側クラッド層５は、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、ｐ側クラッド層５は、約１．５μｍの幅を有するとともに、共振器方向（図１の紙面に対して垂直方向）に延びるストライプ状（細長状）の凸状部５ａと凸状部５ａ以外の平坦部とを有する。また、ｐ側クラッド層５の凸状部５ａ上には、約０．００３μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなるコンタクト層６が形成されている。なお、コンタクト層６は、本発明の「半導体素子層」の一例である。このｐ側クラッド層５の凸状部５ａとコンタクト層６とによって、発光層４への電流通路部として機能するリッジ部１５が構成されている。なお、リッジ部１５は、本発明の「凸部」の一例である。なお、第１実施形態では、各半導体素子層の厚みは、リッジ部１５が形成された位置における膜厚寸法を代表値として記載した。
【００３１】
また、第１実施形態では、リッジ部１５の頂上部は、ｐ側クラッド層５の側面部の頂上部５ｂよりも低い位置に配置されている。また、リッジ部１５は、ＳｉＯ２膜２の端部からＷ２（約１００μｍ）だけ内側の部分に形成されている。すなわち、リッジ部１５は、ｐ側クラッド層５の凹状の主表面の中央部以外の角度θ１（約０．２５°）の斜面に形成されている。これにより、ｎ側クラッド層３の接合線３ａに沿った凹凸形状以外の部分に、リッジ部１５を形成することが可能となるので、リッジ部１５近傍の発光層４の部分が凹凸形状に形成されるのを抑制することが可能となる。このため、発光層４の内部の光が直進せずに散乱されて発光層４の上下面から出射するのを抑制することが可能となるので、光の閉じ込め効果を向上させることが可能となる。その結果、発光効率を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、コンタクト層６上には、ｐ側オーミック電極７が形成されている。このｐ側オーミック電極７は、コンタクト層６側から順に、約０．００１μｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）によって構成されている。また、ｐ側クラッド層５の平坦部、コンタクト層６の側面およびｐ側オーミック電極７の側面を覆うように、約０．２μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜（電流ブロック層）８が形成されている。また、ＳｉＯ２膜８の一部上およびｐ側オーミック電極７上には、ｐ側オーミック電極７に接触するように、パッド電極９が形成されている。なお、パッド電極９は、本発明の「第１電極」の一例である。また、パッド電極９は、ｐ側オーミック電極７側から順に、約０．１μｍの厚みを有するＴｉ層（図示せず）と、約０．２μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とによって構成されている。また、パッド電極９の上面からｎ型ＧａＮ半導体基板１の下面までの高さＨ１（図１参照）は、約１００μｍに形成されている。
【００３３】
また、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の裏面上の所定領域には、ｎ側オーミック電極１０が形成されている。なお、ｎ側オーミック電極１０は、本発明の「第２電極」の一例である。また、このｎ側オーミック電極１０は、ｎ型ＧａＮ半導体基板１側から順に、約０．００６μｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）と、約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約０．３μｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されている。
【００３４】
なお、窒化物系半導体レーザ素子は、図６に示すジャンクションアップの状態、または、図７に示すジャンクションダウンの状態で放熱基台（サブマウント）１１に取り付けられる。なお、放熱基台１１は、本発明の「基台」の一例である。具体的には、ジャンクションアップの状態では、図６に示すように、ｎ側オーミック電極１０が半田などからなる接合層１２により放熱基台１１に取り付けられるとともに、パッド電極９の上面に配線１３ａのワイヤボンディングが行われる。この場合、ｎ側オーミック電極１０を放熱基台１１に取り付けた状態で、ｎ側クラッド層３の主表面上に形成されるパッド電極９の上面に配線１３ａをワイヤボンディングする際に、ｎ側クラッド層３の中央部以外の主表面に形成されたリッジ部１５の上方のパッド電極９の部分に配線１３ａのワイヤボンディングが行われるのを抑制しながら、パッド電極９の表面の中央部に配線１３ａをワイヤボンディングすることが可能となる。このため、リッジ部１５の上方のパッド電極９の部分にワイヤボンディングが行われるのを防止するためにパッド電極９の表面の端部にワイヤボンディングを行う必要がない。これにより、配線１３ａのワイヤボンディングを行う際に、パッド電極９の表面の端部が欠けるのを抑制することが可能となる。また、ジャンクションダウンの状態では、図７に示すように、パッド電極９側が半田などからなる接合層１４により放熱基台１１に取り付けられるとともに、ｎ側オーミック電極１０に配線１３ｂのワイヤボンディングが行われる。この場合、リッジ部１５が凹状の主表面の内側の部分に配置されたｎ側クラッド層３を含む素子が、ｎ側クラッド層３上に形成されたパッド電極９側から放熱基台１１に取り付けられるので、放熱基台１１への取り付け時に、凹状の主表面の内側に位置するリッジ部１５に衝撃が加わるのを抑制することが可能となる。
【００３５】
第１実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、主表面上に発光層４が形成されるｎ側クラッド層３を設けることによって、ｎ側クラッド層３を成長させる場合に、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して傾斜した主表面を有するようにｎ側クラッド層３を成長させることができるので、ｎ側クラッド層３を、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して垂直な方向のみならず、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも成長させることができる。これにより、ｎ側クラッド層３の成長に伴ってｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面から伝搬された結晶欠陥３ｂがｎ側クラッド層３で伝搬する場合に、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して垂直な方向のみならず、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して平行な方向（水平方向）にもｎ側クラッド層３の結晶欠陥３ｂを伝搬させることができるので、ｎ側クラッド層３の結晶欠陥３ｂがｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して垂直方向のみに伝搬する場合に比べて、ｎ側クラッド層３の主表面まで結晶欠陥３ｂが伝搬するのをより抑制することができる。このため、ｎ側クラッド層３の主表面に結晶欠陥３ｂが形成されるのをより抑制することができるので、結晶欠陥３ｂにより光が吸収されるのをより抑制することができる。また、発光層４およびｐ側クラッド層５に結晶欠陥３ｂが伝搬されるのを抑制することができるので、結晶欠陥３ｂにより光が吸収されるのを抑制することができる。これらの結果、発光効率をより向上させることができる。また、上記のように、ｎ側クラッド層３の主表面に結晶欠陥３ｂが形成されるのをより抑制することができるので、発光層４内に形成される非発光センタをより低減することができる。その結果、閾値電流をより小さくすることができる。
【００３６】
また、第１実施形態では、ｎ側クラッド層３の主表面を、凹状に形成するとともに、リッジ部１５を、ｎ側クラッド層３の凹状の主表面の傾斜面に形成することによって、水平方向の成長成分が大きいために結晶欠陥３ｂの少ないｎ側クラッド層３の主表面の傾斜面にリッジ部１５を設けることができるので、リッジ部１５周辺の発光層４の部分の結晶欠陥３ｂを低減することができる。これにより、発光層４の発光効率をより向上させることができる。
【００３７】
図８〜図２０は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１、図２、図４、図５および図８〜図２０を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３８】
まず、図８に示すように、ｎ型ＧａＮ半導体基板１上に、約０．２μｍの厚みを有するとともに、Ｗ３（約５０μｍ）の幅を有するＳｉＯ２膜２をＷ４（約３００μｍ）周期で形成する。このとき、ＳｉＯ２膜２を、半導体基板の＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるようにストライプ状に形成する。そして、図９に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ｎ型ＧａＮ半導体基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層３を中央部がＴ１（約２．３μｍ）（図１参照）の厚みを有するように成長させる。なお、ｎ側クラッド層３を成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約１１００℃、約５．７４Ｐａおよび約０．３２ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）：約１１ｓｃｃｍ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）：約５ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約６ｓｌｍ、ＧｅＨ４：約２０ｓｃｃｍに設定する。
【００３９】
この場合、図１８に示すように、第１実施形態では、成長抑制部として機能するＳｉＯ２膜２の表面に成膜種Ａが堆積されるのが抑制されるので、ＳｉＯ２膜２の近傍のｎ側クラッド層３の部分の成膜種Ａの濃度が大きくなる。これにより、ＳｉＯ２膜２の近傍のｎ側クラッド層３の部分に成膜種Ａが堆積しやすくなるので、ｎ側クラッド層３の中央部に比べて、ｎ側クラッド層３のＳｉＯ２膜２の近傍の部分が成長しやすくなる。その結果、ｎ側クラッド層３の中央部と、ｎ側クラッド層３のＳｉＯ２膜２の近傍の部分とが異なる厚みに形成されるので、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するｎ側クラッド層３が形成される。この場合、ｎ側クラッド層３の成長の初期では、図１８に示すように、ｎ側クラッド層３は、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の主表面上のみに形成される。そして、図１９に示すように、ｎ側クラッド層３の成長が進行することにより、ｎ側クラッド層３の側面部分の傾斜角が所定の角度θ２になる。その後、ｎ側クラッド層３の成長がさらに進行することにより、ｎ側クラッド層３の側面部分の傾斜角が所定の角度θ２を保持した状態で、ｎ側クラッド層３がＳｉＯ２膜２の上面上にまで形成される。
【００４０】
また、第１実施形態では、図２０に示すように、ｎ側クラッド層３の成長過程において、ｎ側クラッド層３には、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の結晶欠陥１ａの部分から結晶欠陥３ｂが連続するように形成される。この場合、たとえば、文献（“Ｄｅｆｅｃｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｉｎ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ  ｇｒｏｗｎ  ＧａＮ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ  ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ”，Ｓａｋａｉ他，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１．ＰＰ．２２５９−２２６１，２０  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９７）に開示されているように、ｎ側クラッド層３は、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の表面に対して垂直な方向（Ｙ方向）だけでなく、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の表面に対して平行な方向（Ｘ方向）にも成長する。具体的には、図２０の状態からさらに成長させると、図４に示したように、ｎ側クラッド層３の側面部は、外側方向に成長する。また、ｎ側クラッド層３の側面部よりも内側の部分で、かつ、中央部以外の部分では、内側方向（中央部の方向）に成長する。なお、ｎ側クラッド層３の中央部のｎ側クラッド層３の左右の部分が成長して接する部分には、接合線３ａ（図５参照）が形成される。また、図４に示すように、ｎ側クラッド層３の中央部以外の結晶欠陥３ｂは、水平方向（Ｘ方向）に曲げられることによって消滅する。なお、ｎ側クラッド層３の中央部では、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の表面に対して平行な方向（Ｘ方向）の成長成分が小さいので、ｎ側クラッド層３の結晶欠陥３ｂは、消滅することなくｎ側クラッド層３の表面まで伝搬する。
【００４１】
次に、図９に示すように、ｎ側クラッド層３を覆うように、発光層４を成長させる。この発光層４を成長させる際には、まず、図２に示すように、約３ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの井戸層４ｄと、約２０ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの障壁層４ｅとを交互に成長させることにより、ＭＱＷ構造の多層膜を形成する。これにより、３つの井戸層４ｄおよび３つの障壁層４ｅからなるＭＱＷ構造を有する多層膜より構成される活性層４ａが形成される。なお、活性層４ａを成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約８５０℃、約５．７４Ｐａおよび約０．１１ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）：約７５ｓｃｃｍ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）：約２３０ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。そして、約０．０７μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる活性層４ａの上に、約０．１μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる光ガイド層４ｂと、約０．０２μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるキャップ層４ｃとを成長させる。なお、光ガイド層４ｂを成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約８６０℃、約５．７４Ｐａおよび約０．１１ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＥＧ：約７５ｓｃｃｍ、ＴＭＩ：約３０ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。また、キャップ層４ｃを成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約１１００℃、約５．７４Ｐａおよび約０．３２ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＭＧ：約２０ｓｃｃｍ、ＴＭＡ：約２５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。この後、発光層４の表面上に、約０．４μｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層５を成長させる。なお、ｐ側クラッド層５を成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約１１００℃、約５．７４Ｐａおよび約０．３５ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＭＧ：約１１ｓｃｃｍ、ＴＭＡ：約５ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約６ｓｌｍ、Ｃｐ２Ｍｇ：約２０ｓｃｃｍに設定する。この後、ｐ側クラッド層５の表面上に、約０．００３μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなるコンタクト層６を成長させる。なお、コンタクト層６を成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約８５０℃、約５．７４Ｐａおよび約０．１１ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＥＧ：約７５ｓｃｃｍ、ＴＭＩ：約１００ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。
【００４２】
その後、図１０に示すように、真空蒸着法などを用いて、コンタクト層６上に、約０．００１μｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）を順次形成することによって、Ｐｔ層およびＰｄ層からなるｐ側オーミック電極７が形成される。そして、ｐ側オーミック電極７の表面上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、約０．２４μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜１６を形成する。そして、ｐ側オーミック電極７上のリッジ部１５（図１参照）の形成領域（ＳｉＯ２膜２の端部からＷ２（約１００μｍ）だけ内側の部分）に、約１．５μｍ幅を有するとともに、共振器方向に延びるストライプ状のレジスト１７を形成する。
【００４３】
次に、図１１に示すように、ＣＦ４系ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて、レジスト１７をマスクとして、ＳｉＯ２膜１６およびｐ側オーミック電極７の所定領域を除去する。この後、レジスト１７を除去する。
【００４４】
次に、図１２に示すように、Ｃｌ２系ガスによるＲＩＥ法を用いて、ＳｉＯ２膜１６をマスクとして、コンタクト層６の上面からｐ側クラッド層５の途中の深さ（活性層４ａの上面から約１５０ｎｍの深さ）までの所定領域を除去する。これにより、ｐ側クラッド層５の凸状部５ａとコンタクト層６とからなるリッジ部１５が形成される。この後、ＳｉＯ２膜１６を除去する。
【００４５】
次に、図１３に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面を覆うように、約０．２μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜８を形成する。そして、ＳｉＯ２膜８を覆うように、レジスト１８を塗布する。その後、酸素プラズマエッチングにより、リッジ部１５の上方のＳｉＯ２膜８の部分が露出するまでレジスト１８を除去する。その後、ＣＦ４系ガスによるＲＩＥ法を用いて、レジスト１８をマスクとして、リッジ部１５の上方のＳｉＯ２膜８の部分を除去して図１４に示すような形状を有するＳｉＯ２膜８からなる電流ブロック層を形成する。その後、レジスト１８を除去する。
【００４６】
次に、図１５に示すように、パッド電極９が形成される領域以外の領域に、レジスト１９を形成した後、真空蒸着法などを用いて、約０．１μｍの厚みを有するＴｉ層（図示せず）と、約０．２μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とをこの順番で形成することにより、パッド電極９を形成する。この後、レジスト１９を除去することにより、図１６に示すように、パターニングされたＴｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層からなるパッド電極９が形成される。その後、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の下面を研磨することにより、パッド電極９の上面からｎ型ＧａＮ半導体基板１の下面までの高さＨ１（図１参照）が約１００μｍになるように調節する。
【００４７】
次に、図１７に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の裏面上の所定領域に、約０．００６μｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）と、約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約０．３μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とをこの順番で形成する。これにより、Ａｌ層、Ｐｄ層およびＡｕ層からなるｎ側オーミック電極１０が形成される。そして、ｎ型ＧａＮ半導体基板１を各素子に分割することによって、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００４８】
次に、上記第１実施形態によるｎ型ＧａＮ半導体基板１のＳｉＯ２膜２のｎ型ＧａＮ半導体基板１に対する形成方向の違いによる結晶欠陥３ｂの伝搬に関して行った実験について説明する。この実験では、ＳｉＯ２膜２が＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板１と、ＳｉＯ２膜２が＜１１−２０＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板１とを用いて、それぞれのｎ型ＧａＮ半導体基板１の表面にｎ側クラッド層３を成長させた。その結果、ＳｉＯ２膜２が＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板１を用いた場合は、ＳｉＯ２膜２が＜１１−２０＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板１を用いた場合よりも、ｎ型ＧａＮ半導体基板１の表面に対して平行な方向の結晶欠陥３ｂの伝搬成分が大きくなるとともに、ｎ側クラッド層３の表面の結晶欠陥３ｂが消滅しやすいことが判明した。このため、ＳｉＯ２膜２が＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板１を用いるのが望ましい。
【００４９】
（第２実施形態）
図２１は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図２２は、図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細構造を示した拡大断面図である。図２３〜図２５は、図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を詳細に説明するための断面図である。図２６および図２７は、図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を放熱基台に取り付けた構造を示した断面図である。まず、図２１〜図２７を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００５０】
第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、図２１に示すように、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１は、端部に形成されるとともに、主表面が窒素で終端された結晶欠陥集中領域２１ａと、結晶欠陥集中領域２１ａの間に配置される低欠陥領域２１ｂとを含んでいる。なお、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１は、本発明の「半導体基板」の一例であり、結晶欠陥集中領域２１ａは、本発明の「半導体成長抑制部」の一例である。また、結晶欠陥集中領域２１ａは、約２５μｍの幅を有するとともに、所定の間隔Ｗ５（約３５０μｍ）を隔てて配置されている。
【００５１】
ここで、第２実施形態では、結晶欠陥集中領域２１ａは、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向（図２１の紙面に対して垂直方向）に延びるようにストライプ状に形成されている。なお、第２実施形態では、共振器方向は、半導体基板の＜１−１００＞方向と同一である。また、低欠陥領域２１ｂ上および結晶欠陥集中領域２１ａの一部上には、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層２２が形成されている。なお、ｎ側クラッド層２２は、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００５２】
また、第２実施形態では、ｎ型側クラッド層２の主表面（上面）は、凹状に形成されている。また、ｎ側クラッド層２２の中央部は、Ｔ３（約２．３μｍ）の厚みを有するとともに、ｎ側クラッド層２２の側面部は、Ｔ４（約２．８μｍ）の厚みを有する。また、ｎ側クラッド層２２は、結晶欠陥集中領域２１ａの端部からＷ６（約１３０μｍ）だけ内側の部分の主表面が、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して角度θ３（約０．２°）だけ傾斜するように形成されている。また、ｎ側クラッド層２２の周辺部分の表面は、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して所定の傾斜角θ４を有している。また、図２５に示すように、ｎ側クラッド層２２の上面の中央部には、接合線２２ａが形成されている。この接合線２２ａは、ｎ側クラッド層２２の成長時に、接合線２２ａの左右の表面の高さが少しだけずれていることに起因して形成される。また、接合線２２ａは、上方から見て波型を有するとともに、結晶欠陥集中領域２１ａの延びる方向（共振器方向）に沿って延びるように形成されている。このため、ｎ側クラッド層２２の上面の中央部は、共振器方向に沿って凹凸形状を有する。
【００５３】
また、第２実施形態では、ｎ側クラッド層２２には、図２４に示すように、結晶欠陥（転位）２２ｂが形成されている。この結晶欠陥２２ｂは、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の結晶欠陥集中領域２１ａおよび低欠陥領域２１ｂの表面の結晶欠陥２１ｃから連続するように形成されている。また、結晶欠陥２２ｂは、ｎ側クラッド層２２の側面部では、外側に曲がるように形成されている。また、結晶欠陥２２ｂは、ｎ側クラッド層２２の側面部よりも内側で、かつ、中央部以外の部分では、ｎ側クラッド層２２の内側（中央部側）に曲がるように形成されているとともに、ｎ側クラッド層２２の表面まで形成されてない。また、結晶欠陥２２ｂは、ｎ側クラッド層２２の中央部では、ｎ側クラッド層２２の表面まで形成されている。
【００５４】
また、ｎ側クラッド層２２上には、図２１に示すように、ｎ側クラッド層２２を覆うように、発光層２３が形成されている。なお、発光層２３は、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、発光層２３は、図２２に示すように、約０．０７μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる活性層２３ａと、約０．１μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる光ガイド層２３ｂと、約０．０２μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるキャップ層２３ｃとにより構成されている。なお、活性層２３ａは、約０．００３μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの井戸層２３ｄと、約０．０２μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの障壁層２３ｅとが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。また、発光層２３の上には、図２１に示すように、発光層２３を覆うように約０．２５μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層２４が形成されている。なお、ｐ側クラッド層２４は、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、ｐ側クラッド層２４は、約１．５μｍの幅を有するとともに、共振器方向（図２１の紙面に対して垂直方向）に延びるストライプ状（細長状）の凸状部２４ａと凸状部２４ａ以外の平坦部とを有する。また、ｐ側クラッド層２４の凸状部２４ａ上には、約０．００３μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなるコンタクト層２５が形成されている。なお、コンタクト層２５は、本発明の「半導体素子層」の一例である。このｐ側クラッド層２４の凸状部２４ａとコンタクト層２５とによって、発光層２３への電流通路部として機能するリッジ部３５が構成されている。なお、リッジ部３５は、本発明の「凸部」の一例である。なお、第２実施形態では、各半導体素子層の厚みは、リッジ部３５が形成された位置における膜厚寸法を代表値として記載した。
【００５５】
また、第２実施形態では、リッジ部３５の頂上部は、ｐ側クラッド層２４の側面部の頂上部２４ｂよりも低い位置に配置されている。また、リッジ部３５は、結晶欠陥集中領域２１ａの端部からＷ６（約１３０μｍ）だけ内側の部分に形成されている。すなわち、リッジ部３５は、ｐ側クラッド層２４の凹状の主表面の中央部以外の角度θ３（約０．２°）の斜面に形成されている。これにより、ｎ側クラッド層２２の接合線２２ａに沿った凹凸形状以外の部分に、リッジ部３５を形成することが可能となるので、リッジ部３５近傍の発光層２３の部分が凹凸形状に形成されるのを抑制することが可能となる。このため、発光層２３の内部の光が直進せずに散乱されて発光層２３の上下面から出射するのを抑制することが可能となるので、光の閉じ込め効果を向上させることが可能となる。その結果、発光効率を向上させることが可能となる。
【００５６】
また、コンタクト層２５上には、ｐ側オーミック電極２６が形成されている。このｐ側オーミック電極２６は、コンタクト層２５側から順に、約０．００１μｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）によって構成されている。また、ｐ側クラッド層２４の平坦部、コンタクト層２５の側面およびｐ側オーミック電極２６の側面を覆うように、約０．２μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜（電流ブロック層）２７が形成されている。また、ＳｉＯ２膜２７の一部上およびｐ側オーミック電極２６上には、ｐ側オーミック電極２６に接触するように、パッド電極２８が形成されている。なお、ＳｉＯ２膜２８は、本発明の「第１電極」の一例である。また、パッド電極２８は、ｐ側オーミック電極２６側から順に、約０．１μｍの厚みを有するＴｉ層（図示せず）と、約０．２μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とによって構成されている。また、パッド電極２８の上面からｎ型ＧａＮ半導体基板２１の下面までの高さＨ２（図２１参照）は、約１００μｍに形成されている。
【００５７】
また、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の裏面上の所定領域には、ｎ側オーミック電極２９が形成されている。なお、ｎ側オーミック電極２９は、本発明の「第２電極」の一例である。また、ｎ側オーミック電極２９は、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１側から順に、約０．００６μｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）と、約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約０．３μｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されている。
【００５８】
なお、窒化物系半導体レーザ素子は、図２６に示すジャンクションアップの状態、または、図２７に示すジャンクションダウンの状態で放熱基台（サブマウント）３１に取り付けられる。なお、放熱基台３１は、本発明の「基台」の一例である。具体的には、ジャンクションアップの状態では、図２６に示すように、ｎ側オーミック電極２９が半田などからなる接合層３２により放熱基台３１に取り付けられるとともに、パッド電極２８の上面に配線３３ａのワイヤボンディングが行われる。この場合、ｎ側オーミック電極２９を放熱基台３１に取り付けた状態で、ｎ側クラッド層２２の主表面上に形成されるパッド電極２８の上面に配線３３ａをワイヤボンディングする際に、ｎ側クラッド層２２の中央部以外の主表面に形成されたリッジ部３５の上方のパッド電極２８の部分に配線３３ａのワイヤボンディングが行われるのを抑制しながら、パッド電極２８の表面の中央部に配線３３ａをワイヤボンディングすることが可能となる。このため、リッジ部３５の上方のパッド電極２８の部分にワイヤボンディングが行われるのを防止するためにパッド電極２８の表面の端部にワイヤボンディングを行う必要がない。これにより、配線３３ａのワイヤボンディングを行う際に、パッド電極２８の表面の端部が欠けるのを抑制することが可能となる。また、ジャンクションダウンの状態では、図２７に示すように、パッド電極２８側が半田などからなる接合層３４により放熱基台３１に取り付けられるとともに、ｎ側オーミック電極２９に配線３３ｂのワイヤボンディングが行われる。この場合、リッジ部３５が凹状の主表面の内側の部分に配置されたｎ側クラッド層２２を含む素子が、ｎ側クラッド層２２上に形成されたパッド電極２８側から放熱基台３１に取り付けられるので、放熱基台３１への取り付け時に、凹状の主表面の内側に位置するリッジ部３５に衝撃が加わるのを抑制することが可能となる。
【００５９】
第２実施形態では、上記のように、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するとともに、主表面上に発光層２３が形成されるｎ側クラッド層２２を設けることによって、ｎ側クラッド層２２を成長させる場合に、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して傾斜した主表面を有するようにｎ側クラッド層２２を成長させることができるので、ｎ側クラッド層２２を、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して垂直な方向のみならず、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して平行な方向（水平方向）にも成長させることができる。これにより、ｎ側クラッド層２２の成長に伴ってｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面から伝搬された結晶欠陥２２ｂがｎ側クラッド層２２で伝搬する場合に、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して垂直な方向のみならず、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して平行な方向（水平方向）にもｎ側クラッド層２２の結晶欠陥２２ｂを伝搬させることができるので、ｎ側クラッド層２２の結晶欠陥２２ｂがｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して垂直方向のみに伝搬する場合に比べて、ｎ側クラッド層２２の主表面まで結晶欠陥２２ｂが伝搬するのをより抑制することができる。このため、ｎ側クラッド層２２の主表面に結晶欠陥２２ｂが形成されるのをより抑制することができるので、結晶欠陥２２ｂにより光が吸収されるのをより抑制することができる。また、発光層２３およびｐ側クラッド層２４に結晶欠陥２２ｂが伝搬されるのを抑制することができるので、結晶欠陥２２ｂにより光が吸収されるのを抑制することができる。これらの結果、発光効率をより向上させることができる。また、上記のように、ｎ側クラッド層２２の主表面に結晶欠陥２２ｂが形成されるのをより抑制することができるので、発光層２３内に形成される非発光センタをより低減することができる。その結果、閾値電流をより小さくすることができる。
【００６０】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６１】
図２８〜図４０は、図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図２１、図２２、図２４、図２５および図２８〜図４０を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００６２】
まず、図２８に示すように、Ｗ７（約５０μｍ）の幅を有するとともに、Ｗ８（約４００μｍ）周期で配置された結晶欠陥集中領域２１ａと、結晶欠陥集中領域２１ａの間に配置された低欠陥領域２１ｂとを含むｎ型ＧａＮ半導体基板２１を準備する。なお、結晶欠陥集中領域２１ａの主表面は、窒素で終端されているものを準備する。これにより、結晶欠陥集中領域２１ａの主表面に成膜種Ａが堆積するのを抑制することが可能となる。なお、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度は、たとえば、−０．１５°であるとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度は、たとえば、０．１５°であるものを準備する。また、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面の結晶方位は、（０００１）面であるとともに、結晶欠陥集中領域２１ａは、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向に沿って延びるようにストライプ状に形成されている。そして、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層２２を中央部がＴ３（約２．３μｍ）（図２１参照）の厚みを有するように成長させる。なお、ｎ側クラッド層２２を成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約１１００℃、約５．７４Ｐａおよび約０．３２ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）：約１１ｓｃｃｍ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）：約５ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約６ｓｌｍ、ＧｅＨ４：約２０ｓｃｃｍに設定する。
【００６３】
この場合、図３８に示すように、第２実施形態では、成長抑制部として機能する結晶欠陥集中領域２１ａの表面に成膜種Ａが堆積されるのが抑制されるので、結晶欠陥集中領域２１ａの近傍のｎ側クラッド層２２の部分の成膜種Ａの濃度が大きくなる。これにより、結晶欠陥集中領域２１ａの近傍のｎ側クラッド層２２の部分に成膜種Ａが堆積しやすくなるので、ｎ側クラッド層２２の中央部に比べて、ｎ側クラッド層２２の結晶欠陥集中領域２１ａの近傍の部分が成長しやすくなる。その結果、ｎ側クラッド層２２の中央部と、ｎ側クラッド層２２の結晶欠陥集中領域２１ａの近傍の部分とが異なる厚みに形成されるので、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面に対して実質的に傾斜する主表面を有するｎ側クラッド層２２が形成される。この場合、ｎ側クラッド層２２の成長の初期では、図３８に示すように、ｎ側クラッド層２２は、低欠陥領域２１ｂ上のみに形成される。そして、図３９に示すように、ｎ側クラッド層２２の成長が進行することにより、ｎ側クラッド層２２の側面部分の傾斜角が所定の角度θ４になる。その後、ｎ側クラッド層２２の成長がさらに進行することにより、ｎ側クラッド層２２の側面部分の傾斜角が所定の角度θ４を保持した状態で、ｎ側クラッド層２２が結晶欠陥集中領域２１ａの上面上にまで形成される。
【００６４】
また、第２実施形態では、図４０に示すように、ｎ側クラッド層２２の成長過程において、ｎ側クラッド層２２には、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の結晶欠陥２１ｃの部分から結晶欠陥２２ｂが連続するように形成される。この場合、ｎ側クラッド層２２は、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面に対して垂直な方向（Ｙ方向）だけでなく、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面に対して平行な方向（Ｘ方向）にも成長する。具体的には、図４０の状態からさらに成長させると、図２４に示したように、ｎ側クラッド層２２の側面部では、外側方向に成長する。また、ｎ側クラッド層２２の側面部よりも内側の部分で、かつ、中央部以外の部分では、内側方向（中央部の方向）に成長する。なお、ｎ側クラッド層２２の中央部のｎ側クラッド層２２の左右の部分が内側方向に成長して接する部分には、接合線２２ａ（図２５参照）が形成される。また、図２４に示すように、ｎ側クラッド層２２の中央部以外の結晶欠陥２２ｂは、水平方向（Ｘ方向）に曲げられることによって消滅する。なお、ｎ側クラッド層２２の中央部では、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面に対して平行な方向（Ｘ方向）の成長成分が小さいので、ｎ側クラッド層２２の結晶欠陥２２ｂは、消滅することなくｎ側クラッド層２２の表面まで伝搬する。
【００６５】
次に、図２９に示すように、ｎ側クラッド層２２を覆うように、発光層２３を成長させる。この発光層２３を成長させる際には、まず、図２２に示すように、約３ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの井戸層２３ｄと、約２０ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる３つの障壁層２３ｅとを交互に成長させることにより、ＭＱＷ構造の多層膜を形成する。これにより、３つの井戸層２３ｄおよび３つの障壁層２３ｅからなるＭＱＷ構造を有する多層膜より構成される活性層２３ａが形成される。なお、活性層２３ａを成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約８５０℃、約５．７４Ｐａおよび約０．１１ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）：約７５ｓｃｃｍ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）：約２３０ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。そして、約０．０７μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる活性層２３ａの上に、約０．１μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる光ガイド層２３ｂと、約０．０２μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなるキャップ層２３ｃとを成長させる。なお、光ガイド層２３ｂを成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約８６０℃、約５．７４Ｐａおよび約０．１１ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＥＧ：約７５ｓｃｃｍ、ＴＭＩ：約３０ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。また、キャップ層２３ｃを成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約１１００℃、約５．７４Ｐａおよび約０．３２ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＭＧ：約２０ｓｃｃｍ、ＴＭＡ：約２５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。この後、発光層２３の表面上に、約０．４μｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層２４を成長させる。なお、ｐ側クラッド層２４を成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約１１００℃、約５．７４Ｐａおよび約０．３５ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＭＧ：約１１ｓｃｃｍ、ＴＭＡ：約５ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約６ｓｌｍ、Ｃｐ２Ｍｇ：約２０ｓｃｃｍに設定する。この後、ｐ側クラッド層２４の表面上に、約０．００３μｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなるコンタクト層２５を成長させる。なお、コンタクト層２５を成長させる際の条件としては、温度、ガス圧および成長速度を、それぞれ、約８５０℃、約５．７４Ｐａおよび約０．１１ｎｍ／ｓにするとともに、ガス流量を、ＴＥＧ：約７５ｓｃｃｍ、ＴＭＩ：約１００ｓｃｃｍ、ＮＨ３：約８ｓｌｍに設定する。
【００６６】
その後、図３０に示すように、真空蒸着法などを用いて、コンタクト層２５上に、約０．００１μｍの厚みを有するＰｔ層（図示せず）および約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）を順次形成することによって、Ｐｔ層およびＰｄ層からなるｐ側オーミック電極２６が形成される。そして、ｐ側オーミック電極２６の表面上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、約０．２４μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜３６を形成する。そして、ｐ側オーミック電極２６上のリッジ部３５（図２１参照）の形成領域（結晶欠陥集中領域２１ａの端部からＷ２（約１３０μｍ）だけ内側の部分）に、約１．５μｍ幅を有するとともに、共振器方向に延びるストライプ状のレジスト３７を形成する。
【００６７】
次に、図３１に示すように、ＣＦ４系ガスによるＲＩＥ法を用いて、レジスト３７をマスクとして、ＳｉＯ２膜３６およびｐ側オーミック電極２６の所定領域を除去する。そして、レジスト３７を除去する。
【００６８】
次に、図３２に示すように、Ｃｌ２系ガスによるＲＩＥ法を用いて、ＳｉＯ２膜３６をマスクとして、コンタクト層２５の上面からｐ側クラッド層２４の途中の深さ（活性層２３ａの上面から約１５０ｎｍの深さ）までの所定領域を除去する。これにより、ｐ側クラッド層２４の凸状部２４ａとコンタクト層２５とからなるリッジ部３５が形成される。この後、ＳｉＯ２膜３６を除去する。
【００６９】
次に、図３３に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面を覆うように、約０．２μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜２７を形成する。そして、ＳｉＯ２膜２７を覆うように、レジスト３８を塗布する。その後、酸素プラズマエッチングにより、リッジ部３５の上方のＳｉＯ２膜２７の部分が露出するまでレジスト３８を除去する。その後、ＣＦ４系ガスによるＲＩＥ法を用いて、レジスト３８をマスクとして、リッジ部３５の上方のＳｉＯ２膜２７の部分を除去して図３４に示すような形状を有するＳｉＯ２膜２７からなる電流ブロック層を形成する。その後、レジスト３８を除去する。
【００７０】
次に、図３５に示すように、パッド電極２８が形成される領域以外の領域に、レジスト３９を形成した後、真空蒸着法などを用いて、約０．１μｍの厚みを有するＴｉ層（図示せず）と、約０．２μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とをこの順番で形成することにより、パッド電極２８を形成する。この後、レジスト３９を除去することにより、図３６に示すように、パターニングされたＴｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層からなるパッド電極２８が形成される。その後、パッド電極２８の下面を研磨することにより、パッド電極２８の上面からｎ型ＧａＮ半導体基板２１の下面までの高さＨ２（図２１参照）が約１００μｍになるように調節する。
【００７１】
次に、図３７に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の裏面上の所定領域に、約０．００６μｍの厚みを有するＡｌ層（図示せず）と、約０．０１μｍの厚みを有するＰｄ層（図示せず）と、約０．３μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とをこの順番で形成する。これにより、Ａｌ層、Ｐｄ層およびＡｕ層からなるｎ側オーミック電極２９が形成される。そして、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１を各素子に分割することによって、図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００７２】
次に、上記第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流および発光効率に関する効果を確認するために行った実験（実施例１〜３および比較例１）について説明する。この確認実験では、上記した第２実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を０°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０．３°にした実施例１による窒化物系半導体レーザ素子と、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．１５°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０．１５°にした実施例２による窒化物系半導体レーザ素子と、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．２°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０．１°にした実施例３による窒化物系半導体レーザ素子とを実際に作製した。また、実施例１〜３に対する比較例１として、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．３°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０°にした比較例１による窒化物系半導体レーザ素子を作製した。なお、比較例１による窒化物系半導体レーザ素子のｎ型ＧａＮ半導体基板２１の上記したオフ角度以外の構造は、実施例１〜３による窒化物系半導体レーザ素子の構造と同様になるように作製した。そして、上記実施例１〜３および比較例１による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層２２の主表面（上面）の傾斜角と、閾値電流と、６０ｍＡ動作時の動作電流とを測定した。なお、ｎ側クラッド層２２の主表面（上面）の傾斜角は、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の主表面（上面）に対する結晶欠陥集中領域２１ａの端部から約１３０μｍ内側のｎ側クラッド層２２の部分の上面（傾斜角）を測定した。それらの結果を、それぞれ、以下の表１、図４１および図４２に示す。
【００７３】
【表１】
2006286817.tif 000003
上記表１を参照して、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度の絶対値が大きくなるにしたがって、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が０°に近づくことが判明した。具体的には、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を０°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０．３°にした実施例１では、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角は、約０．３°であった。また、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．１５°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０．１５°にした実施例２では、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角は、約０．２°であった。また、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．２°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０．１°にした実施例３では、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角は、約０．１°であった。また、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．３°にするとともに、＜１１−２０＞方向のオフ角度を０°にした比較例１では、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角は、約０°であった。
【００７４】
また、図４１を参照して、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が大きくなるにしたがって閾値電流が小さくなるとともに、発光効率が向上することが判明した。具体的には、傾斜角が０．３°である実施例１は、閾値電流が約３２ｍＡであった。また、傾斜角が０．２°である実施例２は、閾値電流が約３２ｍＡであった。また、傾斜角が０．１°である実施例３は、閾値電流が約４３ｍＡであった。また、傾斜角が０°である比較例１は、閾値電流が、約５０ｍＡであった。これは、傾斜角が大きくなるにしたがって、ｎ側クラッド層２２が成長する場合に、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面に対して平行な方向のｎ側クラッド層２２の成長成分が大きくなるので、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面に対して平行な方向の結晶欠陥２２ｂの伝搬成分が大きくなる。これにより、結晶欠陥２２ｂが消滅しやすくなるので、結晶欠陥２２ｂにより形成される非発光センタが低減する。その結果、閾値電流が小さくなったと考えられる。また、傾斜角が０°近傍の場合には、閾値電流が顕著に増加するので、傾斜角は大きくするのが望ましい。したがって、上記表１の結果から＜１−１００＞方向のオフ角度の絶対値は小さくするのが望ましく、＜１−１００＞方向のオフ角度は、−０．２５°〜０．２５°であるのが望ましい。
【００７５】
また、図４２を参照して、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が大きくなるにしたがって動作電圧が大きくなることが判明した。具体的には、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が０．３°である実施例１は、動作電圧が約６．０Ｖであった。また、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が０．２°である実施例２は、動作電圧が約５．１Ｖであった。また、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が０．１°である実施例３は、動作電圧が約５．１Ｖであった。また、傾斜角が０°である比較例１は、動作電圧が約４．９Ｖであった。なお、ｎ側クラッド層２２の上面の傾斜角が大きくなるにしたがって動作電圧が大きくなるので、閾値電流と動作電圧とにより傾斜角を最適化するのが望ましい。
【００７６】
また、結晶欠陥集中領域２１ａが＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板２１を用いた場合は、結晶欠陥集中領域２１ａが＜１１−２０＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板２１を用いた場合よりも、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の表面に対して平行な方向の結晶欠陥２２ｂの伝搬成分が大きくなるとともに、ｎ側クラッド層２２の表面の結晶欠陥２２ｂが消滅しやすい。このため、結晶欠陥集中領域２１ａが＜１−１００＞方向に沿った方向に延びるように形成されたｎ型ＧａＮ半導体基板２１を用いるのが望ましい。
【００７７】
また、上記した実験とは別に行った他の実験では、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１１−２０＞方向のオフ角度θが０°付近（−０．０５<θ<０．０５）の場合には、傾斜角が小さくなるとともに、ｎ側クラッド層２２の主表面が凹状に形成されにくくなった。そして、ｎ側クラッド層２２の主表面に不均一に突起が形成される傾向が見られた。この場合、ｎ側クラッド層２２の主表面上に形成される発光層２３も突起に沿った凹凸形状に形成されるので、発光層２３の内部の光が発光層２３の上下面から出射しやすくなる。これにより、光の閉じ込め効果が小さくなるので、発光効率が低下する。したがって、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１１−２０＞方向のオフ角度は、−０．０５以下または０．０５以上にするのが望ましい。
【００７８】
以上の結果から、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度および＜１１−２０＞方向のオフ角度は、図４３の斜線で示す範囲であることが望ましい。すなわち、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１−１００＞方向のオフ角度を−０．２５°以上０．２５°以下にするとともに、ｎ型ＧａＮ半導体基板２１の＜１１−２０＞方向のオフ角度を−０．０５°以下または０．０５°以上にするのが望ましい。
【００７９】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８０】
たとえば、上記実施形態では、半導体基板として窒化物半導体基板（ｎ型ＧａＮ半導体基板）を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、半導体基板として窒化物半導体基板以外の半導体基板を用いてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、各々の窒化物系半導体レーザ素子の素子形成領域を挟むように半導体層成長抑制部を２つ設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、各々の窒化物系半導体レーザ素子の素子形成領域以外の領域に半導体層成長抑制部を１つのみ設けてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、半導体素子層の１つであるｎ側クラッド層を凹状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ側クラッド層を凹状以外の傾斜した上面（主表面）を有する形状に形成してもよい。また、ｎ側クラッド層以外の半導体素子層を傾斜した上面（主表面）を有する形状に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細構造を示した拡大断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層の構造を示した拡大断面図である。
【図４】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層の構造を示した拡大断面図である。
【図５】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層の構造を示した断面図である。
【図６】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を放熱基台に取り付けた構造を示した断面図である。
【図７】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を放熱基台に取り付けた構造を示した断面図である。
【図８】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図２２】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細構造を示した拡大断面図である。
【図２３】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層の構造を示した拡大断面図である。
【図２４】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層の構造を示した拡大断面図である。
【図２５】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｎ側クラッド層の構造を示した断面図である。
【図２６】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を放熱基台に取り付けた構造を示した断面図である。
【図２７】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を放熱基台に取り付けた構造を示した断面図である。
【図２８】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２９】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３２】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３３】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３４】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３５】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３６】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３７】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３８】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３９】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４０】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４１】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を確認するために行った確認実験の結果を示したグラフである。
【図４２】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を確認するために行った確認実験の結果を示したグラフである。
【図４３】図２１に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を確認するために行った確認実験の結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１、２１  ｎ型ＧａＮ半導体基板（半導体基板）
２  ＳｉＯ２膜（半導体層成長抑制部、半導体層成長抑制膜）
３、２２  ｎ側クラッド層（半導体素子層）
４、２３  発光層（半導体素子層）
５、２４  ｐ側クラッド層（半導体素子層）
９、２８  パッド電極（第１電極）
１０、２９  ｎ側オーミック電極（第２電極）
１１、３１  放熱基台（基台）
１５、３５  リッジ部（凸部）
２１ａ  結晶欠陥集中領域（半導体成長抑制部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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